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学习笔记

正确的方法如同学习书法,开始的时候要临摹,临摹好了然后创造自己的风格。

 
 
 

日志

 
 

[ARM笔记]设备IO端口和IO内存的访问  

2011-11-26 22:34:48|  分类: ARM |  标签: |举报 |字号 订阅

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       设备通常会提供一组寄存器来用于控制设备、读写设备和获取设备状态,即控制寄存器、数据寄存器和状态寄存器。这些寄存器可能位于IO空间,也可能位于内存空间。当位于IO空间时,通常被称为IO端口,位于内存空间时,对应的内存空间成为IO内存。

1. Linux IO端口和IO内存访问接口
1.1 IO端口
       在Linux设备驱动中,应使用Linux内核提供的函数来访问定位于IO空间的端口,这些函数包括如下几种:
(1)读写字节端口(8位宽)
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte , unsigned port);

(2)读写字端口(16位宽)
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned char byte , unsigned port);

(3)读写长字端口(32位宽)
unsigned inl(unsigned port);
void outl(unsigned char byte , unsigned port);

(4)读写一串字
void insw(unsigned port , void *addr , unsigned long count);
void outsw(unsigned port , void *addr , unsigned long count);

(5)读写一串长字
void insl(unsigned port , void *addr , unsigned long count);
void outsl(unsigned port , void *addr , unsigned long count);
       上述各函数中IO端口号port的类型高度依赖于具体的硬件平台,因此,只是写出了unsigned。

1.2 IO内存
       在内核中访问IO内存之前,需首先使用ioremap()函数将设备所处的物理地址映射到虚拟地址。ioremap的原型如下:
void *ioremap(unsigned long offset , unsigned long size);
       ioremap()与vmalloc()类似,也需要建立新的页表,但是它并不进行vmalloc()中所执行的内存分配行为。ioremap()返回一个特殊的虚拟地址,该地址可用来存取特定的物理地址范围。通过ioremap()获得的虚拟地址应该被iounmap()函数释放,其原型为:
void iounmap(void *addr);
       在设备的物理地址被映射到虚拟地址之后,尽管可以直接通过指针访问这些地址,但是可以使用Linux内核的如下一组函数来完成设备内存映射的虚拟地址的读写,这些函数如下所示。
(1)读IO内存
unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
       与上述函数对应的较早版本的函数为(这些函数在Linux2.6中仍然被支持):
unsigned readb(address);
unsigned readw(address);
unsigned readl(address);

(2)写IO内存
void iowrite8(u8 value , void *addr);
void iowrite16(u16 value , void *addr);
void iowrite32(u32 value , void *addr);
       与上述函数对应的较早版本的函数为(这些函数在Linux2.6中仍然被支持):
unsigned writeb(address);
unsigned writew(address);
unsigned writel(address);

(3)读一串IO内存
void ioread8_rep(void *addr , void *buf , unsigned long count);
void ioread16_rep(void *addr , void *buf , unsigned long count);
void ioread32_rep(void *addr , void *buf , unsigned long count);

(4)写一串IO内存
void iowrite8_rep(void *addr , void *buf , unsigned long count);
void iowrite16_rep(void *addr , void *buf , unsigned long count);
void iowrite32_rep(void *addr , void *buf , unsigned long count);

(5)复制IO内存
void memcpy_fromio(void *dest , void *source , unsigned int count);
void memcpy_toio(void *dest , void *source , unsigned int count);

(6)设置IO内存
void memset_io(void *addr , u8 value , unsigned int count);

1.3 把IO端口映射到内存空间
void *ioport_map(unsigned long port , unsigned int count);
       通过这个函数,可以把port开始的count个连续的IO端口重映射为一段“内存空间”。然后就可以在其返回的地址上像访问IO内存一样访问这些IO端口。当不再需要这种映射时,需要调用下面的函数来撤销。
void ioport_unmap(void *addr);
       实际上,分析ioport_map()的源代码可发现,映射到内存空间行为实际上是给开发人员制造的一个“假象”,并没有映射到内核虚拟地址,仅仅是为了让工程师可使用统一的IO内存访问接口访问IO端口。

2. 申请与释放设备IO端口和IO内存
2.1 IO端口申请
       Linux内核提供了一组函数用于申请和释放IO端口。
struct resource *request_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name);
       这个函数向内核申请了n个端口,这些端口从first开始,name参数为设备的名称。如果分配成功返回非NULL,失败,则返回NULL。
       当用request_region()申请的IO端口使用完成后,应当使用release_region()函数将它们还给系统,这个函数的原型如下:
void release_region(resource_size_t start , resource_size_t n);

2.2 IO内存申请
       Linux内核提供了一组函数用于申请和释放IO内存的范围。
struct resource *request_mem_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name, const char *name);
       这个函数向内核申请n个内存地址,这些地址从first开始,name参数为设备的名称。如果分配成功返回值是非NULL,如果失败,返回NULL。
       当用request_mem_region()申请的IO内存使用完成后,应当使用release_region()函数将它们还给系统,这个函数的原型如下:
void release_region(resource_size_t start , resource_size_t n);
       上述request_region()和release_mem_region()都不是必须的,但建议使用。其任务是检查申请的资源是否可用,如果可用则申请成功,并标志为已经使用,其他驱动想再次申请该资源就会失败。
       查看内核源码可知,request_region()和request_mem_region()调用的函数是一样的,只是传入参数的不同。
#define request_region(start,n,name)    __request_region(&ioport_resource, (start), (n), (name))
#define request_mem_region(start,n,name) __request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name))

3. 设备IO端口和IO内存访问流程
       IO端口访问的一种途径是直接使用IO端口操作函数:在设备打开或驱动模块被加载时申请IO端口区域,之后使用inb()、outb()等进行端口访问,最后,在设备关闭或驱动被卸载时释放IO端口范围。
 ___________________________
|                                                      |
|       request_region()                     | 在设备驱动模块加载或open()函数中进行
|__________________________  |
                           |
 ___________________________
|                                                     |
|       inb()、outb()等                      | 在设备驱动初始化、write()、read()、iotcl()等函数中进行
|__________________________ |
                           |
 ___________________________
|                                                     |
|     release_region()等                  | 在设备驱动模块卸载或release()函数中进行
|__________________________ |
       IO端口的访问流程(不映射到内存空间)
      
       IO端口访问的另一种途径是将IO端口映射为内存进行访问:在设备打开或驱动模块被加载时,申请IO端口区域并使用ioport_map()映射到内存,之后使用IO内存的函数进行端口访问,最后,在设备关闭或驱动被卸载时释放IO端口并释放映射。整个流程如下图所示:
 ___________________________
|                                                     |
|     request_region()等                  | \
|__________________________ |   \
                           |                                \ 在设备驱动模块加载或open()函数中进行
 ___________________________    /
|                                                      |  /
|     ioport_map()等                         |
|__________________________ |
                            |
 ___________________________
|                                                      |
|     ioread8、ioread16、                | 在设备驱动初始化、write()、read()、ioctl等函数中调用
|   ioread32、iowrite8等                  |
|__________________________ |
                            |
 ___________________________
|                                                      |
|     ioport_unmap()                         |\
|__________________________  |  \
                            |                               \
 ___________________________     /在设备驱动卸载或release()函数中调用
|                                                     |   /
|      release_region()                     | /
|__________________________ |
       IO端口的访问流程(映射到内存空间)
      
 ___________________________________
|                                                                     |
|     request_mem_region()等                        | \
|__________________________________ |  \
                               |                                          \ 在设备驱动模块加载或open()函数中进行
 __________________________________     /
|                                                                     |  /
|              ioremap()等                                    |/
|__________________________________|
                               |
 ___________________________
|                                                      |
|     ioread8、ioread16、                | 在设备驱动初始化、write()、read()、ioctl等函数中调用
|   ioread32、iowrite8等                  |
|__________________________ |
                              |
 ______________________________
|                                                            |
|             iounmap()                               | \
|_____________________________  |   \
                              |                                    \
 ______________________________      /在设备驱动卸载或release()函数中调用
|                                                            |   /
|      release_mem_region()                  | /
|______________________________|


from: Linux设备驱动详解2
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